EP0462425B1 - Gekapselte Messeinrichtung - Google Patents

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EP0462425B1
EP0462425B1 EP91108649A EP91108649A EP0462425B1 EP 0462425 B1 EP0462425 B1 EP 0462425B1 EP 91108649 A EP91108649 A EP 91108649A EP 91108649 A EP91108649 A EP 91108649A EP 0462425 B1 EP0462425 B1 EP 0462425B1
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EP
European Patent Office
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measuring device
housing
driver
encapsulated
gap
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EP91108649A
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English (en)
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Alfons Dipl.-Ing. Ernst
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Dr Johannes Heidenhain GmbH
Original Assignee
Dr Johannes Heidenhain GmbH
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
    • G01D5/34746—Linear encoders
    • G01D5/34761—Protection devices, e.g. caps; Blowing devices
    • G01D5/34769—Sealing means

Definitions

  • the invention relates to an encapsulated measuring device, in particular a length or angle measuring device according to the preamble of claim 1.
  • the slot in the housing should be closed as well as possible, and only in the area of the driver should there be a passage to the interior of the housing.
  • Such a measuring device is shown in DE-PS 28 46 768, in which a scale and a scanning unit are introduced in a hollow body, which has a continuous slot in the measuring direction, which is closed by means of roof-shaped sealing elements in the form of plastic or rubber lips, through which a driver reaches through to connect the scanning unit to an object to be measured.
  • an encapsulated measuring device is known from DE-PS 34 09 514, in which particularly good protection against media which are sprayed or sprayed is achieved by a labyrinth-like profiling of the cross section of the sealing elements. Due to the adapted shape of the driver, this effect is retained even when the driver passes through the sealing elements locally.
  • Such a length measuring device is also shown in JP 61-243 309 A.
  • DE-PS 36 23 353 a further measuring device is described, the advantages of which are that due to the interlocking teeth of the comb-like cover elements foreign bodies and liquids but also spray and the like not through the labyrinth into the cavity of the measuring device due to the interlocking teeth can penetrate.
  • the measuring devices built according to the teaching of these patents are outstanding Sealing properties, but the interlocking teeth of the sealing elements increase the friction when the driver moves in the measuring direction.
  • the object of the invention is to provide a measuring device which is adequately protected against environmental influences, in which the frictional forces between the components which are relatively movable with respect to one another are extremely reduced.
  • the measuring device is advantageously configured by the features listed in the subclaims.
  • the particular advantages of the measuring device according to the invention lie in the freedom from friction and wear and its suitability for high travel speed of the machine equipped with it.
  • a length measuring device 1 shown in section in FIG. 1, is attached to the slide 2 of a machine tool (not shown).
  • the carriage 2 is guided in a known and therefore not shown manner on the bed 3 of the machine.
  • the measuring device 1 is to be shown here only with the most essential elements and consists of a hollow profile 4 which is closed at the end faces and which has a continuous slot 5 in the longitudinal direction and is referred to below as the housing 4.
  • the slot 5 allows access to the interior 6 of the housing 4.
  • the housing 4 In the interior 6 of the housing 4 there are a plurality of prongs 7, 8, 9, 10 which are in engagement with one another like a comb but without contact.
  • the labyrinth is formed by a gap 11 which is formed by the non-contact combing of the tines 7, 8, 9, 10 with one another.
  • the housing 4 there is also a material measure 12 which enables the measurement of the relative movements of the bed 3 and the slide 2 with a scanning assembly 13 used for the measurement.
  • the scanning assembly 13 is located rigidly on a driver 14, via which it is connected to the bed 3 of the machine in a known manner.
  • the driver 14 has a meandering cross section, the course of which corresponds to the gap 11 formed by the prongs 7, 8, 9, 10.
  • the sealing effect is based on the fact that the disturbing medium has to travel as long as possible to the scanning point 15. This is achieved by the detours in the labyrinth of the gap 11 and it can be seen that the quality of the seal increases with the number of tines 7, 8, 9, 10, .... The quality of the seal also increases with the accuracy with which the meandering driver 14 is adapted to the course of the gap 11.
  • FIG. 2 shows a variant in which a housing 24 is formed from a package with a plurality of layers 24a, 24b, 24c. These layers can consist of sheet metal strips. Individual layers 24b, 24c open into tines 29, 27, which, analogously to the exemplary embodiment from FIG. 1, mesh with tines 28, 210 without contact. The tines 28, 210 are also formed from sheet metal strips which are attached to a base 24d. All sheet metal strips 24a, 24b, 24c, 28, 210 are connected to the base 24d by screws, which are not specified in any more detail.
  • a connecting piece 316 is additionally provided, through which air can be fed into the interior of the housing 34.
  • a laminar air flow is generated by this measure, so that no interference medium against this air flow can penetrate into the slot 35.
  • the housings 4 and 34 according to FIGS. 1 and 3 can consist of extruded aluminum.
  • the scanning assembly 13, 213, 313 is guided contactlessly over the material measure 12, 212, 312, so that here too no friction and no wear can occur.
  • this measure is not absolutely necessary, since precision ball bearings can also be used to guide the scanning assembly, as is customary in the prior art.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine gekapselte Meßeinrichtung, insbesondere Längen- oder Winkelmeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Bei gekapselten Meßeinrichtungen ist es erforderlich, im Gehäuse in Meßrichtung einen Schlitz vorzusehen, durch den ein Mitnehmer ins Innere des Gehäuses hineinragen kann, um die dort befindliche Baueinheit zum Abtasten der Meßteilung mit dem außerhalb des Gehäuses angebrachten Montagefuß zu verbinden. Bei Relativbewegungen von beispielsweise Bett und Schlitten einer Maschine wird die Maschinenbewegung auf die Meßteilung bzw. die Abtast-Baueinheit übertragen, wobei der Mitnehmer innerhalb des Schlitzes in Bewegungsrichtung relativ verfahren und die Bewegung gemessen wird.
  • Zum Schutze der hochempfindlichen Meßteilung muß der Schlitz im Gehäuse möglichst gut verschlossen sein, und nur jeweils im Bereich des Mitnehmers soll eine Durchtrittsmöglichkeit zum Inneren des Gehäuses gegeben sein.
  • Eine derartige Meßeinrichtung zeigt die DE-PS 28 46 768, bei der ein Maßstab und eine Abtasteinheit in einem Hohlkörper eingebracht sind, der einen in Meßrichtung durchgehenden Schlitz aufweist, der mittels dachförmig angeordneter Dichtelemente in Form von Kunststoff- oder Gummilippen verschlossen ist, durch die ein Mitnehmer hindurchgreift, um die Abtasteinheit mit einem zu messenden Objekt zu verbinden.
  • Ferner ist aus der DE-PS 34 09 514 eine gekapselte Meßeinrichtung bekannt, bei der durch eine labyrinthartige Profilierung des Querschnittes der Dichtelemente ein besonders guter Schutz gegen Medien erzielt wird, die gesprüht oder gespritzt angewendet werden. Durch die angepaßte Formgebung des Mitnehmers bleibt dieser Effekt auch beim örtlichen Durchgriff des Mitnehmers durch die Dichtelemente erhalten.
  • Eine derartig gestaltete Längenmeßeinrichtung ist auch der JP 61-243 309 A zu entnehmen.
  • In der DE-PS 36 23 353 ist eine weitere Meßeinrichtung beschrieben, deren Vorteile darin liegen, daß aufgrund der nach Art einer Verzahnung ineinandergreifenden Zinken der kammartigen Abdeckelemente Fremdkörper und Flüssigkeiten aber auch Sprühnebel und dergleichen nicht durch das Labyrinth nach innen in den Hohlraum der Meßeinrichtung eindringen können.
  • Die nach der Lehre dieser Patente gebauten Meßeinrichtungen weisen hervorragende Dichtungseigenschaften auf, aber die ineinander verzahnten Zinken der Dichtelemente erhöhen die Reibung bei der Bewegung des Mitnehmers in Meßrichtung.
  • Die immer weiter zu erhöhenden Bearbeitungsgeschwindigkeiten bei Werkzeugmaschinen erfordern aber möglichst reibungsarm zusammenwirkende Bauteile.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber Umgebungseinflüssen hinreichend geschützte Meßeinrichtung zu schaffen, bei der die Reibungskräfte zwischen den zueinander relativ beweglichen Bauelementen extrem reduziert sind.
  • Diese Aufgabe wird mit einer gekapselten Meßeinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale wird die Meßvorrichtung in vorteilhafter Weise ausgestaltet.
  • Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung liegen in der Reibungs- und Verschleißfreiheit und ihrer Eignung für hohe Verfahrgeschwindigkeit der damit ausgestatteten Maschine.
  • Mit Hilfe der Zeichnungen soll anhand von Ausführungsbeispielen die Erfindung noch näher erläutert werden.
  • Es zeigt
    • Figur 1
    einen schematischen Querschnitt durch eine Längenmeßeinrichtung;
    Figur 2
    einen schematischen Querschnitt durch eine Variante der Längenmeßeinrichtung gemäß Figur 1 und
    Figur 3
    eine weitere Meßeinrichtung.
  • Eine in Figur 1 geschnitten dargestellte Längenmeßeinrichtung 1 ist am Schlitten 2 einer nicht näher bezeichneten Werkzeugmaschine befestigt. Der Schlitten 2 ist in bekannter und daher hier nicht gezeigter Weise am Bett 3 der Maschine geführt. Die Meßeinrichtung 1 soll hier nur mit den wesentlichsten Elementen gezeigt werden und besteht aus einem an den Stirnseiten verschlossenen Hohlprofil 4, das in Längsrichtung einen durchgehenden Schlitz 5 aufweist und im folgenden als Gehäuse 4 bezeichnet wird.
  • Der Schlitz 5 ermöglicht den Zugang zum Innenraum 6 des Gehäuses 4. Im Innenraum 6 des Gehäuses 4 befinden sich mehrere Zinken 7, 8, 9, 10 die kammartig aber berührungsfrei im Eingriff miteinander stehen. Das bedeutet, daß das Gehäuse 4 einen labyrinthartig profilierten Querschnitt aufweist. Das Labyrinth wird dabei von einem Spalt 11 gebildet, welcher durch das berührungslose Kämmen der Zinken 7, 8, 9, 10 miteinander entsteht.
  • Im Gehäuse 4 ist ferner eine Maßverkörperung 12 angeordnet, die mit einer zur Messung dienenden Abtast-Baueinheit 13 die Messung der Relativbewegungen von Bett 3 und Schlitten 2 ermöglicht. Die Abtast-Baueinheit 13 befindet sich starr an einem Mitnehmer 14, über den sie mit dem Bett 3 der Maschine in bekannter Weise verbunden ist.
  • Der Mitnehmer 14 weist einen mäanderförmigen Querschnitt auf, dessen Verlauf dem durch die Zinken 7, 8, 9, 10 gebildeten Spalt 11 entspricht.
  • Die Dichtwirkung beruht darauf, daß das Störmedium einen möglichst langen Weg bis zur Abtaststelle 15 zurücklegen muß. Dies wird durch die Umwege im Labyrinth des Spaltes 11 erreicht und es ist ersichtlich, daß die Qualität der Abdichtung mit der Anzahl der Zinken 7, 8, 9, 10,... steigt. Die Qualität der Abdichtung steigt auch mit der Genauigkeit, mit der der mäanderförmige Mitnehmer 14 an den Verlauf des Spaltes 11 angepaßt ist.
  • Durch die Maßnahme, daß in der gezeigten Anbaulage der Längenmeßeinrichtung 1 alle Flächen im Innenraum 6 nach unten geneigt sind, wird die Bildung eines Flüssigkeitssumpfes vermieden, falls doch Spuren von Flüssigkeit ins Innere der Längenmeßeinrichtung 1 eindringen sollten.
  • Ferner kann Kondensat abfließen und durch die Verbindung zur Außenluft auch wieder verdampfen.
  • In Figur 2 ist eine Variante gezeigt, bei der ein Gehäuse 24 aus einem Paket mit mehreren Lagen 24a, 24b, 24c gebildet wird. Diese Lagen können aus Blechstreifen bestehen. Einzelne Lagen 24b, 24c münden in Zinken 29, 27, die analog zum Ausführungsbeispiel aus Figur 1 berührungslos mit Zinken 28, 210 kämmen. Die Zinken 28, 210 sind ebenfalls aus Blechstreifen gebildet, die an einem Sockel 24d befestigt sind. Sämtliche Blechstreifen 24a, 24b, 24c, 28, 210 sind durch nicht näher bezeichneten Schrauben mit dem Sockel 24d verbunden.
  • Alle weiteren Elemente entsprechen funktional denen aus Figur 1, weshalb sie mit korrespondierenden Bezugszeichen versehen sind, denen lediglich zur Unterscheidung die Figurenbezifferung als Indexziffer vorangestellt ist.
  • Gleiches gilt für das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3. Hier ist zusätzlich ein Anschlußstutzen 316 vorgesehen, durch den Luft ins Innere des Gehäuses 34 zugeführt werden kann. Durch diese Maßnahme wird eine laminare Luftströmung erzeugt, so daß kein Störmedium gegen diese Luftströmung in den Schlitz 35 eindringen kann.
  • Die Gehäuse 4 und 34 gemäß der Figuren 1 und 3 können aus extrudiertem Aluminium bestehen.
  • Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen wird die Abtast-Baueinheit 13, 213, 313 berührungslos über die Maßverkörperung 12, 212, 312 geführt, so daß auch hier keine Reibung und kein Verschleiß auftreten kann. Diese Maßnahme ist allerdings nicht zwingend erforderlich, denn es können auch - wie beim Stand der Technik üblich - Präzisionskugellager zur Führung der Abtast-Baueinheit verwendet werden.

Claims (6)

  1. Gekapselte Meßeinrichtung, insbesondere Längen- oder Winkelmeßeinrichtung, zur Messung der Lage zweier zueinander beweglicher Objekte (2,3;22,23;32,33), deren mit einem der zu messenden Objekte (2,22,32) verbundenes Gehäuse (4,24,34) an zumindest einer Seite einen in Bewegungsrichtung des beweglichen Objektes verlaufenden Spalt (11,311) aufweist, durch den ein mit dem anderen Objekt (3,23,33) verbundener Mitnehmer (14,214,314) örtlich hindurchgreift, der seinerseits mit einer im Gehäuse untergebrachten, zur Messung dienenden Abtast-Baueinheit (13,213,313) verbunden ist, wobei das Gehäuse (4,24,34) einen labyrinthartig profilierten Querschnitt aufweist, dem die Form des Mitnehmers (14,214,314) mäanderförmig derart angepaßt ist, daß er den Querschnitt des Gehäuses durchgreift, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (11, 311) frei von Dichtelementen ist, so daß der Durchgriff des Mitnehmers (14, 214, 314) berührungsfrei erfolgt.
  2. Gekapselte Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (4, 34) aus extrudiertem Leichtmetall besteht.
  3. Gekapselte Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (24) aus einem Paket mit mehreren Lagen (24a, 24b, 24c, 24d, 28, 210) besteht, die miteinander fest verbunden sind.
  4. Gekapselte Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Innenflächen des Gehäuses (4, 24, 34) und Oberflächen des Mitnehmers (14, 214, 314) geneigt sind.
  5. Gekapselte Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (34) ein Anschlußstutzen (316) für Druckluft vorgesehen ist.
  6. Gekapselte Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtast-Baueinheit (13, 213, 313) mit dem Mitnehmer (14, 214, 314) starr verbunden ist.
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